【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院安光所紅外精密儀器團隊，在氣體遙感三維成像研究領域取得系統性突破。團隊聚焦實際應用中的痛點，構建起多平臺適配、重建速度快、部署便捷的泄漏氣體立體探測網絡，大幅提升了泄漏氣體的快速空間定位和分布重建的能力，為環境監測和應急處置提供了強有力的技術支撐。2項創新技術先后發表于 Environment International(《國際環境》，中國科學院一區，IF=9.7)、Remote Sensing(《遙感》，中國科學院二區，IF=4.1)等國際知名期刊。
近年來，氣體泄漏引發的火災、爆炸等重大危害事故頻發，其危害已遠超單純的環境污染范疇。因此，氣體泄漏檢測領域備受關注，其中氣體遙感成像技術憑借其高靈敏度、高分辨率、非接觸式的獨特優勢，被廣泛應用于危害氣體的遠程定量檢測。然而，現有的氣體遙測成像系統僅能獲取氣體濃度的二維投影，無法快速、準確地獲取氣體云的體積、分布、擴散情況和空間位置等詳細的關鍵信息。針對這一技術瓶頸，紅外精密儀器團隊圍繞“泄漏氣體種類識別、泄漏源空間定位、泄漏量精準量化”等核心問題，開展了系統性深入研究。
針對氣體快速泄漏場景，團隊提出利用兩臺多光譜成像系統協同探測的解決方案，實現了泄漏氣云的三維成像。為快速探測泄漏氣體，團隊研制了多光譜氣體遙測成像系統，該系統集成光學鏡頭、濾波輪、氧化釩非制冷紅外焦平面探測器、電源模塊、主控電路、電機等核心組件，在成像速度和分辨率上具備顯著優勢。搭配Yolo V10模型后，系統可以實現實時(Fps>25赫茲)的氣云泄漏檢測。結合團隊開發的非軸對稱逆阿貝爾重建方法，氣體云團重建時間控制在200毫秒。仿真試驗結果顯示，重建的結果與仿真數據的峰值信噪比(PSNR)為25.633、結構相似性(SSIM)為 0.940。驗證了該方案可提供高質量的氣體云團分布特征，能滿足泄漏氣云三維遙測成像的需要。
針對大尺度空間氣體泄漏場景，團隊利用單臺紅外遠程遙測系統即可完成氣體空間定位和分布重建。傳統氣體羽流的空間定位和分布重建方法都需要來自多臺儀器或多角度的測量數據，增加了部署成本，實際部署過程復雜。此外，紅外遠程遙測系統的分辨率和計算機存儲容量限制了氣體羽流重建的空間分辨率。為了破解上述問題，團隊依托自主研發的ZK-FTIR-GS1000型氣體遙感成像儀，提出了一種基于深度學習的三維氣體羽流重建生成網絡。該網絡采用八叉樹表示來模擬氣體羽流的稀疏三維分布特征，能夠從粗到細地輸出氣云三維結構，且僅需要較小的計算和內存資源支撐。現場實驗證實，該方法可以確定泄漏氣體羽流的空間位置及分布范圍，適配大尺度場景應用需求。
安光所紅外精密儀器團隊發表的上述論文，第一作者博士生張磊，相關工作得到國家重點研發計劃與企業委托項目的資助。這一系列工作將進一步拓展氣體遙感三維成像技術的多領域精準應用，有望為安全生產、生態環保等領域提供更高效的技術保障。
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